Una reveladora investigación sobre los orígenes de la vida en la Tierra tuvo su génesis en una cena familiar. “Intentamos evitar hablar de ciencia durante las cenas de los viernes, pero rara vez funciona”, recuerda la profesora Michal Sharon del Instituto Weizmann de Ciencias. Dos de sus tres hermanos son científicos, entre ellos Yossi Paltiel, físico de la Universidad Hebrea de Jerusalén.
Esa tarde, Paltiel expuso su trabajo sobre la separación de moléculas según su disposición espacial. La charla derivó en una colaboración entre los hermanos que los llevó a un ámbito nuevo para ambos: la búsqueda de los orígenes de la vida.
El estudio, divulgado en la revista Chem, propone un posible eslabón perdido en la teoría de que la vida emergió primero en superficies magnéticas, como el lecho de lagos poco profundos ricos en minerales magnéticos.
Izquierda, derecha y un giro magnético
La estructura molecular de los seres vivos ha sido uno de los enigmas más persistentes de la naturaleza. Muchas moléculas biológicas existen en dos formas simétricas, como zurdas o diestras, propiedad denominada quiralidad. En teoría, ambas formas deberían presentarse con igual frecuencia, pero los organismos vivos muestran una marcada preferencia: los aminoácidos son casi exclusivamente levógiros, mientras que el ADN y ARN se tuercen hacia la derecha.
Esta asimetría no es un detalle trivial. Las reacciones biológicas dependen de una estructura molecular precisa; si la quiralidad es incorrecta, la reacción puede fallar. Por ello, la quiralidad se considera una huella química clave de la vida.
En aquella cena del viernes, Paltiel describió su trabajo con el profesor Ron Naaman del Instituto Weizmann sobre la separación de moléculas por quiralidad. Las superficies magnetizadas pueden atraer selectivamente una quiralidad sobre la otra, efecto usado para separar moléculas y cristales simétricos, crucial en la fabricación de fármacos y compuestos bioactivos.
Al escuchar esto, Sharon reconoció que su experiencia en espectrometría de masas podía ser útil. Propuso usarla para analizar el proceso de separación y verificar las moléculas obtenidas.
En el estudio conjunto, Ofek Vardi, estudiante de doctorado en el laboratorio de Paltiel, dirigió un experimento: usaron versiones diestras y zurdas de la metionina, un aminoácido que inicia la síntesis de proteínas, y pasaron una solución por un filtro de papel con partículas magnéticas micrométricas incrustadas.
Para rastrear las moléculas, incorporaron dos isótopos de carbono en el aminoácido. En algunos experimentos, las moléculas dextrógiras contenían carbono-12 y las levógiras carbono-13; en otros, la asignación se invirtió. También se cambió la dirección de la magnetización. Tras filtrar, usaron espectrometría de masas para medir la proporción de isótopos y el equilibrio entre formas quirales.
El resultado fue inesperado. El filtro magnético separó la metionina no solo por quiralidad, sino también por composición isotópica. Las moléculas con el isótopo más pesado mostraron mayor atracción hacia las partículas magnetizadas en una dirección que en la otra.
Los investigadores llevaron la idea más lejos.
“Utilizamos moléculas de metionina levógiras que se diferencian solo en su composición isotópica”, explica Vardi. “Sorprendentemente, el filtro magnético favoreció sistemáticamente una composición sobre la otra”.
“Este fue el hallazgo más importante y más sorprendente del estudio”, afirma Paltiel. La separación magnética de moléculas quirales surge del espín de los electrones, un momento magnético que difiere entre formas especulares. Los isótopos también difieren en espín nuclear. Los investigadores proponen que la estructura tridimensional de las moléculas quirales amplifica las interacciones entre estos espines, vinculando la atracción magnética y la composición isotópica de maneras desconocidas.
Dos firmas de la vida, conectadas
La quiralidad no es la única huella química de la vida. Los organismos vivos presentan diferencias sutiles pero constantes en las proporciones isotópicas respecto a la materia inerte, sirviendo como segunda huella dactilar de la vida. La vida tiende a preferir isótopos más ligeros; por ejemplo, las plantas y animales contienen menos carbono-13 que el entorno. Estos patrones perduran en rocas durante miles de millones de años.
Los nuevos hallazgos sugieren una relación entre quiralidad y proporciones isotópicas. Si las primeras reacciones bioquímicas ocurrieron en superficies magnéticas, ese magnetismo podría haber influido en ambas propiedades.
Esta idea concuerda con la hipótesis del profesor Dimitar Sasselov de la Universidad de Harvard, de que la vida surgió en lechos de lagos antiguos ricos en minerales. Reacciones con minerales de hierro podrían producir sedimentos magnetizados en aguas cálidas y poco profundas, favoreciendo moléculas de una quiralidad y afectando la composición isotópica.
“Si la vida realmente comenzó en superficies magnéticas, nuestros resultados proporcionan evidencia experimental de que el magnetismo pudo ser responsable tanto de la asimetría de las moléculas biológicas como de las proporciones isotópicas”, dice Paltiel.
Un terreno común para una familia científica
Más allá del origen de la vida, el estudio podría tener aplicaciones prácticas: nuevas tecnologías que combinen efectos magnéticos con espectrometría de masas para separar moléculas quirales e isótopos.
Para Sharon y Paltiel, el proyecto también es personal. Su padre, el Dr. Zvi Paltiel, físico jubilado del Instituto Weizmann, dedicó su carrera a la divulgación científica. “Nos animó a explorar la ciencia desde pequeños y compartió su fascinación por la naturaleza”, recuerda Sharon.
Los hermanos ya habían colaborado gracias a un alumno de Paltiel que sugirió trabajar con Sharon. Paltiel respondió: “Es mi hermana”. Sharon creía que sus campos estaban alejados, pero ahora han encontrado un punto en común: comprender cómo empezó la vida.
En el estudio participaron también Nir Yuran, la Dra. Shira Yochelis (laboratorio de Paltiel); el Dr. Gili Ben-Nissan (laboratorio de Sharon, Depto. de Ciencias Biomoleculares de Weizmann); y la Dra. Ella M. Jakob (Instituto de Química, Universidad Hebrea).
La investigación de la profesora Michal Sharon cuenta con el apoyo de Magnus Konow en honor a Olga Konow Rappaport. La profesora Sharon es titular de la Cátedra Conmemorativa Aharon y Ephraim Katzir de Investigación Traslacional.
Fuente: Infobae